DE4427138A1 - Einrichtung zur vollautomatischen Sensorführung von elektronisch gesteuerten Transportkranen zum Stapeln und Verladen von Containern - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Einrichtung zur vollautomatischen Sensorführung von elektronisch gesteuerten, automatisch arbeitende Containerverlade- und Stapelkranen, wenn die Behälter vollautomatisch in mehreren Schichten übereinander gestapelt werden sollen und mittels der Einrichtung zur automatischen Sensorführung dergestalt gestapelt werden müssen, daß die oberen Container exakt auf dem stehenden Container, trotz Positionierungsungenauigkeiten in der Kranführung, abgesetzt werden können und dadurch standfeste Containerstapel von bis zu 7 Schichten vollautomatisch erzeugt werden können. Beim Container-Verladevorgang in Industriehäfen ist die Containerstapelung ein wichtiger, lagerplatzsparender Vorgang, wobei die Laufkatze vor dem Absetzen sichtgeführt genau über den stehenden Container positioniert werden muß.

Diese Sichtführung muß bisher der Kranführer manuell/visuell ausführen, d. h. er muß mit dem Auge beurteilen, ob der abzusetzende Container sich genau über dem stehenden Container befindet und wenn er glaubt, dies sei der Fall, muß er den Container absetzen. Dies ist für den Kranführer eine schwierige Aufgabe, die nur mittels Hilfskräften oder Hilfsmittel, die die Verschiebung und Verdrehung des abzusetzenden Containers im Bezug zum stehenden Container abschätzen und übermitteln, möglich wird. Perspektivische Verzerrungen durch die Unzugänglichkeit der optimalen Peilpositionen der Hilfskräfte und subjektive Einschätzungen machen diesen Vorgang relativ unzuverlässig. Schief gestapelte Containertürme sind instabil, können kippen und dabei einen Dominoeffekt im Containerlager auslösen, was katastrophale Folgen hat.

Vollautomatische Lösungen, die die Laufkatze mit einer Positioniergenauigkeit von +/- 1 cm über dem stehenden Container positionieren, sind bisher nicht bekannt.

Diese Aufgabe wird gemäß der Erfindung gelöst durch die Verwendung von mehreren unabhängig voneinander arbeitenden Sensor- und Bildauswerteeinheiten für die Erfassung der Verschiebedaten dX, dY₁ und dY₂. Mit 3 Sensoreinheiten (Kamera-Licht-Anordnung) sind diese Daten theoretisch immer erfaßbar.

Zweckmäßigerweise wird der stehende Container von Spreader aus am abzusetzenden Container vorbei z. B. mit Laserstrichen beleuchtet. Zwei Laserlinien müssen in X-Richtung und eine Laserlinie in Y-Richtung (oder umgekehrt) verlaufen. Mit Kamera 1 und 2 werden dann die Y-Koordinaten und mit Kamera 3 die X-Koordinate des stehenden Containers im Bezug zur aktuellen Laufkatze/Spreader-Position erfaßt. In Prinzipskizze 3 ist die Laserlicht- Kamera-Anordnung dargestellt, wobei zu beachten ist, daß der Laserstrahl dicht am abzusetzenden Container vorbei fluchtet. Anstelle der Laserbeleuchtung kann der zu ortende, stehende Container auch mit anderen Lichtformen angestrahlt werden.

Prinzipskizze 3 zeigt über die Einheiten 1, 2 und 3 hinnaus noch weitere Sensoreinheiten 4, 5, 6, 7, 8. Diese Einheiten können bei Bedarf aktiviert werden und arbeiten auf die gleiche Weise wie die ersten 3 Sensoreinheiten. 4, 5 und 8 ermitteln X-Koordinaten, 6 und 7 ermitteln Y-Koordinaten. Mit dieser in Prinzipskizze 3 gezeigten Anordnung ist die Position des stehenden Containers immer erfaßbar, egal wo sich die Laufkatze/Spreader-Einheit mit dem abzusetzenden Container nach der Vorpositionierung über dem stehenden Container befindet. Außerdem erhöht die redundante Information weiterer Sensoreinheiten die Systemsicherheit, welche in der rauhen Umgebung, in welcher diese Anlagen arbeiten, notwendig ist.

Das Softwareprogramm, welches die Daten der einzelnen Sensoren auswertet, berücksichtigt diese Redundanz einmal zur Erhöhung der Genauigkeiten bei der Positionsbestimmung und weiter zum Plausibilitätstest.

Der Vorgang der Sichtführung der Kran-Laufkatze durch diese Erfindung ist folgendermaßen:

Der abzusetzende Container wird, an der Laufkatze hängend, von der Kransteuerung in die Position, in welcher er abgesetzt werden soll, grob eingefahren. Ist noch kein Container in dieser Stapelposition vorhanden, so wird er dort ohne Sichtführung mit "Kranpositioniergenauigkeit" abgesetzt. Ist der Platz bereits besetzt und muß gestapelt werden, so wird, nachdem die Kransteuerung den abzusetzenden Container vorpositioniert hat, die Sichtführsensorik (Erfindung) aktiviert. Die Feinpositionierung der Kranlaufkatze läuft ab jetzt sichtgeführt durch die Sensorik folgendermaßen ab:

• 1. Die Beleuchtung wird eingeschaltet.
• 2. Die Kameras erfassen die Abbildung des Lichtes auf dem stehenden Container.
• 3. Die Mikroelektronik wertet softwaregesteuert die Sensordaten aus, berechnet die Lagedifferenzen und übergibt die Differenzmaße an die Kransteuerung.
• 4. Die Kransteuerung positioniert die Laufkatze entsprechend den Korrekturdaten.
• 5. Dann schaltet der Sensorikrechner die Beleuchtung aus und gibt die Systemführung an die Kransteuerung zurück.
• 7. Dieser veranlaßt das Absetzen des Containers.

Werden Kameras als Sensoren eingesetzt, so genügt die Anbringung der Sensoreinheiten auf zwei gegenüberliegenden Seiten der Laufkatze (siehe Skizze 3).

Bei Anwendung dieses Verfahrens und der beschriebenen "Laser-Kamera-Sensorik" in Verbindung mit entsprechender Bildauswertesoftware ist es möglich, mit Kranen beliebiger Art, Container paßgenau übereinanderzustapeln, sofern die Krane mit genügender Genauigkeit gesteuert werden können.

Die beschriebene Eigenschaft, daß bei korrekter Positionierung alle Leuchtstrahlen am stehenden Container vorbei fluchten, erlaubt auch den Einsatz von geeigneten Laserabstandssensoren, Ultraschallsensoren oder Reflexlichtschranken zur Positionserfassung. Voraussetzung an diese Sensoren ist eine Reflexionsfläche von weniger als 1 cm×1 cm, um die erforderliche Positioniergenauigkeit zu erreichen. Außerdem müssen bei dieser Art Lösung die Sensoren an zumindest 3 Seiten der Laufkatzen angebracht werden.

Diese Variationen der Erfindung arbeitet entsprechend der beschriebenen Lösung mit Kamera- Laserlicht-Sensoreinheit, jedoch werden in diesem Fall nur binäre Informationen wie "Container vorhanden" bzw. "Container nicht vorhanden" an den Auswerterechner abgegeben.

Gesteuert wird die Laufkatze in ähnlicher Weise wie nach der oben beschriebenen Methode, jedoch muß die Laufkatze sich an die optimale Position Schritt für Schritt herantasten.

Unter Einsatz des in dieser Erfindung dargestellten Verfahrens wird das vollautomatische Stapeln von Containern mit Kranen möglich, wobei die Positionsschwankungen von Kran und die Positionierungenauigkeiten von Brücke und Katze ausgeschaltet werden.

Den Aufbau eines "Sichtführsystems für die Stapelung von Containern" zeigen die Skizzen.

Claims (8)

1. Einrichtung zur vollautomatischen Sensorführung von elektronisch gesteuerten Transportkranen zum Stapeln und Verladen von Containern, welche die Lage des stehenden Containern mit mehreren Sensoreinheiten, bestehend aus Bildanalysesystemen in Verbindung mit speziellen Beleuchtungseinheiten, punktgenau in X-, Y₁- und Y₂- Koordinaten (X-Position, Y-Position und Verdrehung) im Bezug auf die Lagekoordinaten des abzusetzenden Containers erfaßt, in Abhängigkeit hiervon ein Verschiebesignal erzeugt und dieses an die Kransteuerung abgibt, damit der abzusetzende Container mit großer Genauigkeit über dem stehenden Container positioniert wird und dieser mit größtmöglicher Genauigkeit auf dem stehenden Container automatisch abgesetzt werden kann.

2. Einrichtung zur Sensorführung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Sensoreinheiten aus Laserlicht-Matrixkamera-Optik-Einheiten mit Bildauswerterechner bestehen.

3. Einrichtung zur Sensorführung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Sensoreinheiten aus Laserlicht-CCD-Zeilenkamera-Optik-Einheiten mit Bildauswerterechner ersetzt sind.

4. Einrichtung zur Sensorführung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Sensoreinheiten durch Laser-Abstandsmesser, Ultraschallsensoren oder andere Positionsdetektionssensoren in Verbindung mit einem Auswerterechner ausgeführt sind.

5. Einrichtung zur Sensorführung nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Objektbeleuchtung als Lichtpunkt mit Laserlicht ausgeführt ist.

6. Einrichtung zur Sensorführung nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Objektbeleuchtung als Lichtlinie mit Laserlicht ausgeführt ist.

7. Einrichtung zur Sensorführung nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Objektbeleuchtung als Lichtkreuzlinien mit Laserlicht ausgeführt ist.

8. Einrichtung zur Sensorführung nach Anspruch 1, 2 oder 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Objektbeleuchtung als sonstwie strukturiertes, sichtbares Licht ausgeführt ist.